de.wedoany.com-Bericht: Einem Forschungsteam der Technischen Universität Hamburg ist es kürzlich gelungen, durch die Verkapselung von reinem Wasser in nanoskaligen Kanälen von Tonmineralien elektrische Ladung effizient zu speichern und zu transportieren. Dieses als „Blauer Kondensator“ (Blue Capacitor) bezeichnete Superkondensatorsystem verwendet reines Wasser als Elektrolyt und basiert vollständig auf natürlichen und allgegenwärtigen Materialien: Wasser, Ton und Kohlenstoff.
Die Studie wurde von Dr. Vasily Artemov vom Exzellenzcluster „BlueMat – Water-Driven Materials“ der Technischen Universität Hamburg geleitet. Im Gegensatz zu herkömmlichen Batterien und Superkondensatoren, die auf zugesetzte Salze, Säuren oder andere chemische Elektrolyte angewiesen sind, benötigt das neue System keine derartigen Zusätze. „Unser Ziel ist die Entwicklung sichererer und nachhaltigerer Energiespeichertechnologien, die auf alltäglichen Rohstoffen statt komplexen Verbindungen basieren“, so Artemov. „Das System kann Energie effizient speichern und freisetzen, arbeitet in wasserbasierten Systemen mit relativ hoher Spannung und bleibt über Zehntausende von Lade-Entlade-Zyklen stabil.“
Superkondensatoren speichern Energie durch Ladungstrennung und nicht durch chemische Reaktionen, wodurch sie sehr schnell laden und entladen können und eine extrem lange Lebensdauer aufweisen. Die Kerninnovation des blauen Kondensators liegt in Kanälen mit einer Breite von etwa einem Nanometer (etwa ein Zehntausendstel des Durchmessers eines menschlichen Haares). In diesen winzigen Räumen zeigt Wasser Eigenschaften, die es in gewöhnlichem Wasser nicht besitzt, und ermöglicht so einen effizienten Ladungstransport. Die Forscher kombinierten Tonmineralien mit Graphen (einer hochleitfähigen Form von Kohlenstoff), um Millionen wassergefüllter Mikrokanäle zu bilden. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass in Nanostrukturen eingeschlossenes Wasser als aktiver Elektrolyt in praktischen Energiespeichergeräten fungieren kann“, sagte Artemov.
In Labortests zeigte der blaue Kondensator über mehr als 60.000 Lade-Entlade-Zyklen eine stabile Leistung und konnte bei Spannungen von bis zu 1,6 Volt arbeiten – ein relativ hoher Wert für wasserbasierte Energiespeichersysteme. Die Experimente wurden an der PETRA III-Anlage von DESY (dem Deutschen Elektronen-Synchrotron) durchgeführt. „Die leistungsstarke Röntgenquelle PETRA III von DESY ermöglichte es uns, die Verteilung ultradünner, einschichtiger Wasserlagen in der Tonstruktur zu beobachten“, ergänzte Professor Patrick Huber, Koautor der Studie.
Die Technologie befindet sich noch in einem frühen Entwicklungsstadium und erfordert weitere Forschung vor einer kommerziellen Anwendung. Die Forscher glauben, dass dieses Konzept einen praktischen Weg für zukünftige Energiespeichertechnologien bieten könnte, mit potenziellen Anwendungen wie der Speicherung erneuerbarer Energien aus Sonne und Wind, der Unterstützung von Stromnetzen und der Stromversorgung von Geräten, die häufiges Laden und Entladen erfordern. Darüber hinaus könnten diese Ergebnisse neue Technologien hervorbringen, die die anomalen Eigenschaften von Wasser im Nanomaßstab nutzen, darunter fortschrittliche Sensoren, biomimetische Systeme und neuromorphes Rechnen. „Unsere Arbeit zeigt, dass selbst ein so vertrauter Stoff wie Wasser unerwartete Eigenschaften offenbart, wenn man ihn im Nanomaßstab betrachtet“, sagte Artemov. „Durch das Verständnis dieser Eigenschaften könnten wir völlig neue technologische Anwendungen entwickeln.“
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